Способ полимеризации в суспензионной фазе

Способ полимеризации в суспензионной фазе

Реферат

Настоящее изобретение относится к полимеризации олефинов в реакторах суспензионной фазы, а более конкретно к полимеризации в мультиреакторных системах.

Полимеризация олефинов в суспензионной фазе известна хорошо, в ней олефиновый мономер и необязательно олефиновый сомономер полимеризуют в присутствии катализатора в разбавителе, в котором твердый полимерный продукт суспендируют и транспортируют.

Полимеризацию проводят, как правило, при температурах в интервале от 50 до 125°С и под абсолютными давлениями в интервале от 1 до 100 бар. Применяемым катализатором может быть любой катализатор, используемый, как правило, для полимеризации олефинов, такой как катализаторы из оксида хрома, Циглера-Натта или металлоценового типа.

Во многих мультиреакторных системах применяют реакторы с циркуляцией, которые характеризуются непрерывной трубчатой конструкцией, включающей по меньшей мере две, например четыре, вертикальные секции и по меньшей мере две, например четыре, горизонтальные секции. Тепло полимеризации, как правило, отводят с использованием непрямого обмена с охлаждающей средой, предпочтительно с водой, в рубашках, окружающих по меньшей мере часть трубчатого реактора с циркуляцией. Объем каждого реактора с циркуляцией мультиреакторной системы можно варьировать, но, как правило, он находится в интервале от 10 до 200 м³, более типично от 50 до 120 м³. Реакторы с циркуляцией, применяемые при выполнении настоящего изобретения, относятся к этому родовому типу.

Как правило, в процессе суспензионной полимеризации с получением, например, полиэтилена суспензия в реакторе обычно включает порошкообразный полимер, углеводородный разбавитель (разбавители), (со) мономер [(со) (мономеры)], катализатор, обрывающие цепь агенты, такие как водород, и другие реакторные добавки. Так, в частности, суспензия включает от 20 до 80 мас.% (в пересчете на общую массу суспензии), порошкообразного полимера и от 80 до 20 мас.% (в пересчете на общую массу суспензии), суспензионной среды, где суспензионной средой служит совокупность всех компонентов текучих сред в реакторе, и обычно она включает разбавитель, олефиновый мономер и все добавки; разбавителем может быть инертный разбавитель или им может быть реакционноспособный разбавитель, в частности жидкий олефиновый мономер, где основной разбавитель представляет собой инертный разбавитель, олефиновый мономер составляет, как правило, от 2 до 20, предпочтительно от 4 до 10 мас.% суспензии.

Суспензию прокачивают по относительно гладкостенной бесконечной контурной реакционной системе при скоростях движения текучей среды, достаточных для того, чтобы сохранить полимер в суспензии в суспендированном состоянии и сохранить приемлемые градиенты концентрации и содержания твердых частиц в поперечном сечении. Суспензию отводят из полимеризационного реактора, содержащего полимер, совместно с реагентами и инертными углеводородами, которые все включают главным образом инертный разбавитель и непрореагировавший мономер. Получаемую суспензию, включающую полимер и разбавитель, а в большинстве случаев и катализатор, олефиновый мономер и сомономер, можно удалять периодически или непрерывно, необязательно с использованием концентрирующих устройств, таких как гидроциклоны и вертикальные отстойники, с целью свести к минимуму количество текучих сред, отводимых с полимером. Реагенты и углеводороды должны быть отделены от полимера и выделены по причинам экономичности, безопасности и экологии, и в данной области техники известны многие способы достижения этого. Эти процессы обычно включают понижение давления и удаление летучих веществ из полимерсодержащего потока, после того как его отводят из полимеризационного реактора. Далее разбавитель и непрореагировавший мономер могут быть повторно сжаты до жидкой формы и возвращены назад в реактор, тогда как твердый полимер может быть транспортирован для дальнейшей обработки.

Хорошо известный недостаток вышеописанного способа выделения и возврата в процесс жидких компонентов, отводимых из реактора с полимером, заключается в том, что повторное их сжатие вновь в жидкую форму, после того как их испаряют в процессе разделения, требует значительной энергии. Таким образом, для процессов в единственном реакторе предлагаются, в частности в WO 99/47251, альтернативы, где основную часть жидких компонентов, отводимых с полимером, выделяют в отпарном резервуаре в условиях таких температуры и давления, благодаря которым они могут быть повторно конденсированы простым охлаждением, без повторного сжатия. Остальные жидкие компоненты, не удаленные по этому способу, отделяют во втором отпарном резервуаре, работающем под более низким давлением, и для того чтобы возвратить в процесс, их необходимо сжимать повторно. Преимущество этого способа, который в дальнейшем в настоящем описании упоминается как способ "отпаривания под средним давлением", заключается в том, что для повторной конденсации повторно сжата должна быть только небольшая доля испаренных жидких компонентов.

Несмотря на то, что вышеприведенный способ "отпаривания под средним давлением" приемлем, как было установлено, в процессах полимеризации в единственном реакторе, успех его осуществления тем не менее зависит от состава суспензии, отводимой из реакционной системы и подвергнутой воздействию пониженного давления. В некоторых процессах полимеризации в реакцию добавляют водород, и если содержание непрореагировавшего мономера, водорода и других легких компонентов в суспензии, отводимой из реактора, слишком высоко, ее невозможно отпаривать при температуре и под давлением, которые позволяли бы как выпаривать существенную часть тех компонентов, так и также их повторно конденсировать (с использованием экономически жизнеспособного хладагента, такого как вода) без сжатия. В таком случае все еще было бы необходимо повторное сжатие и/или существенное охлаждение испаренных компонентов с целью их возврата в реактор.

В мультиреакторных процессах полимеризации состав суспензии, отводимой из конечного реактора, зависит от многих факторов, не считая состава продукта, фактически полученного полимеризацией в этом конечном реакторе: он также зависит от целевого конечного продукта, реакционных условий и относительных пропорций продуктов в любых предшествующих реакторах. На реакционные условия, требующиеся для конечного реактора, влияют также реакционные условия в предшествующих реакторах, причем на потенциал средней эффективной концентрации вещества в последующих реакционных условиях особое влияние оказывает производительность катализатора в предшествующих реакторах. Таким образом, регулирование состава суспензии, отводимой из конечного реактора, а также связанные с этим технологические условия оказываются более сложными, чем в случае единственного реактора. Следовательно, гарантия того, что осуществление способа "отпаривания под средним давлением" позволяет проводить процесс без потребности в повторном сжатии жидкости, испаренной в первом отпарном резервуаре, также является более проблематичной. При создании настоящего изобретения было установлено, что особый случай возникает в процессах полимеризации, когда мультимодальный полиэтилен получают в по меньшей мере двух реакторах, соединенных последовательно, причем высокомолекулярный (ВМк) полимер получают в одном реакторе, а низкомолекулярный (НМк) полимер получают в другом реакторе. Один пример такого способа описан в WO 05/080457. Однако при создании настоящего изобретения было установлено, что благодаря осторожному регулированию реакционных условий в таких случаях существует возможность гарантировать то, что осуществление способа "отпаривания под средним давлением" позволяет проводить процесс без потребности в повторном сжатии жидкости, испаренной в первом отпарном резервуаре.

Таким образом, первым объектом настоящего изобретения является способ получения мультимодального полиэтилена в по меньшей мере двух реакторах, соединенных последовательно, где от 20 до 80 мас.% первого полимера получают в суспензии в первом реакторе и от 80 до 20 мас.% второго полимера получают в суспензии во втором реакторе в присутствии первого полимера, и поток, содержащий полученный полимер, отводят из второго реактора и переносят в отпарной резервуар, работающий в условиях таких давления и температуры, благодаря которым по меньшей мере 50 мольных % неполимерного компонента потока, поступающего в отпарной резервуар, из него отводят в виде пара, где концентрация в потоке, поступающем в отпарной резервуар, компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль, C_{легких продуктов} (мольных %), соответствует уравнению C_{легких продуктов} <7+0,07(40-Т_c)+4,4(P_c-0,8)-7(C_H2/C_Et), где Т_c и P_c обозначают соответственно температуру (в °С) и манометрическое давление (МПа) по месту, где пар, отводимый из отпарного резервуара, конденсируют, а С_H2 и C_Et обозначают молярные концентрации в отпарном резервуаре соответственно водорода и этилена.

Обычно полимерсодержащий поток выходит из реактора в виде суспензии, неполимерный компонент которой находится в жидкой фазе. Однако когда поток поступает в отпарной резервуар, большая часть, если не весь неполимерный компонент, находится в паровой фазе.

В альтернативном варианте объектом настоящего изобретения является способ получения мультимодального полиэтилена в по меньшей мере двух реакторах, соединенных последовательно, где от 20 до 80 мас.% в пересчете на весь полиэтилен первого полимера получают в суспензии в первом реакторе и от 80 до 20 мас.% в пересчете на весь полиэтилен второго полимера получают в суспензии во втором реакторе в присутствии первого полимера, и суспензию, содержащую полученный полимер, отводят из второго реактора и переносят в отпарной резервуар, работающий в условиях таких давления и температуры, благодаря которым по меньшей мере 50 мольных % жидкого компонента суспензии отводят из отпарного резервуара в виде пара, где в суспензии, поступающей в отпарной резервуар, концентрация компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50, C_{легких продуктов} (мольных %), соответствует уравнению C_{легких продуктов} <7+0,07(40-Т_c)+4,4(P_с-0,8)-7(С_H2/С_Еt), где Т_c обозначает температуру конденсации (°С) упомянутого пара, P_с обозначает манометрическое давление (МПа) по месту, где пар, отводимый из отпарного резервуара, конденсируют, а С_H2 и C_Et обозначают молярные концентрации соответственно водорода и этилена в отпарном резервуаре.

Расчет пропорции жидкого компонента суспензии, отводимой из отпарного резервуара в виде пара, основана на жидком компоненте суспензии на выходе из реактора.

В предпочтительном варианте по меньшей мере 80 мольных %, более предпочтительно 90 мольных %, наиболее предпочтительно 95 мольных %, жидкого компонента суспензии отводят из отпарного резервуара в виде пара. В виде пара из отпарного резервуара можно отводить, что необязательно, по меньшей мере 98 мольных % жидкого компонента суспензии.

Осуществление вышеописанного способа создает возможность конденсировать по меньшей мере 98 мольных %, предпочтительно по меньшей мере 98,5 мольного %, а более предпочтительно по меньшей мере 99,5 мольного % пара, отводимого из отпарного резервуара, при температуре в пределах от 15 до 50°С, в частности при температуре в пределах от 15 до 40°С, без сжатия, после чего его можно возвращать в полимеризационный реактор. Вышеуказанная температура Т_с обозначает температуру по месту, где пар, отводимый из отпарного резервуара, конденсируют.

В предпочтительном варианте от 30 до 70 мас.% первого полимера получают в первом реакторе и от 70 до 30 мас.% второго полимера получают во втором реакторе.

Компоненты суспензии, которые обладают молекулярной массой ниже 50 г/моль, как правило, все представляют собой углеводородные компоненты, содержащие 3 углеродных атома или меньше, включая этилен, пропилен, метан, этан, пропан и водород.

Это изобретение особенно подходит для мультимодальных реакционных систем, в которых один и тот же катализатор используют в больше чем одном реакторе, предпочтительно один и тот же катализатор во всех реакторах. Однако объемом этого изобретения охватывается также добавление свежего дополнительного или альтернативного катализатора в последующие реакторы. В предпочтительном варианте значение отношения массы катализатора, вводимого в первый реактор, к массе катализатора, вводимого во все реакторы (R1c), превышает значение отношения массы полимера, полученного в первом реакторе, к массе полимера, полученного во всех реакторах (R1p);

предпочтительное значение R1c/R1p находится в пределах от 1,3 до 2,5.

В одном варианте выполнения изобретения концентрация компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль, в суспензии, поступающей в отпарной резервуар, регулируют постполимеризационной обработкой, в которой условия между вторым реактором и отпарным резервуаром регулируют для гарантии того, что перед поступлением в отпарной резервуар происходит дальнейшая полимеризация, благодаря которой расходуется некоторое количество компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль. Целью осуществления постполимеризационной стадии является понижение концентрации компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль, в суспензии при одновременном сведении к минимуму влияния на свойства конечного продукта. Продолжительность пребывания, температуру и скорость суспензии регулируют для достижения требуемого понижения концентрации этих компонентов, избегая одновременно с тем закупорки или загрязнения постполимеризационной зоны. Для того чтобы добиться требуемой степени полимеризации предпочтительно, чтобы в этом варианте продолжительность пребывания суспензии в постполимеризационной зоне между вторым реактором и отпарным резервуаром составляла по меньшей мере 20 с, предпочтительнее по меньшей мере 1 мин, а более предпочтительно находилась в пределах от 2 до 10 мин. Как правило, используют продолжительности пребывания от 2 до 5 мин.

Постполимеризационная зона может быть выполнена в форме резервуара с мешалкой, однако в наиболее предпочтительном варианте она выполнена между вторым реактором и отпарным резервуаром в форме передаточной линии увеличенного диаметра, которая обеспечивает скорее по существу поршневой поток, чем реакционные условия "резервуароподобного непрерывного перемешивания". Объем участка увеличенного диаметра передаточной линии находится, как правило, в пределах от 1 до 35 м³, предпочтительно в пределах от 5 до 25 м³. Предпочтительное значение отношения его длины ко внутреннему диаметру находится в пределах от 100 до 1000, более предпочтительно в пределах от 250 до 600. Предпочтительно также, чтобы внутренний диаметр находился в пределах от 200 до 1000 мм, наиболее предпочтительно в пределах от 500 до 750 мм. Предпочтительная продолжительность пребывания приходится на участок перед гидроциклоном, редуктора давления суспензии и смонтированного на линии нагревателя суспензии. Предпочтительная скорость суспензии в постполимеризационной зоне находится в пределах от 1 до 20 м/с.

В альтернативном варианте выполнения изобретения концентрацию компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль, в суспензии, поступающей в отпарной резервуар, регулируют либо введением дополнительной жидкости в суспензию, когда она проходит по передаточной линии между вторым реактором и отпарным резервуаром, либо/и регулированием концентрации твердых частиц суспензии, когда она проходит по упомянутой передаточной линии. Дополнительной жидкостью, которая может быть введена, обычно служит инертный разбавитель, характеризующийся более низкой молярной концентрацией компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль (C_{легких продуктов}), чем в суспензии, отводимой из реактора, а предпочтительно значением C_{легких продуктов}, которое составляет от 25 до 50% от C_{легких продуктов} в самой суспензии. C_{легких продуктов} в дополнительной жидкости в предпочтительном варианте составляет меньше 1 мольного %, наиболее предпочтительно 0 мольных %. Концентрацию твердых частиц суспензии можно регулировать пропусканием суспензии через гидроциклон, размещенный в передаточной линии: богатый твердыми частицами поток направляют в отпарной резервуар, а бедный твердыми частицами поток возвращают либо перед ним в передаточную линию, либо назад в реактор.

Вышеприведенные варианты выполнения изобретения, включающие постреакторную обработку суспензии, покидающей второй реактор, создают возможность для повышения средней эффективной концентрации вещества во втором реакторе повышением концентрации в нем реагентов, таких как этилен, без ущерба для возможности избежать повторного сжатия жидкости, испаренной в первом отпарном резервуаре, особенно при получении низкомолекулярных полимеров во втором реакторе, где содержится также значительное количество водорода.

В альтернативном и предпочтительном варианте концентрацию компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль, в суспензии, поступающей в отпарной резервуар, регулируют путем регулирования их концентрации во втором реакторе. Соответственно, в предпочтительном варианте концентрация во втором реакторе компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50, также соответствует уравнению C_{легких продуктов}<7+0,07(40-Т_c)+4,4(P_c-0,8)-7(C_H2/C_Et), где C_{легких продуктов}, С_H2 и C_Et в этом случае обозначают концентрации соответственно компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль, водорода и этилена во втором реакторе, а P и Т_c имеют вышеуказанные значения. Более предпочтительная концентрация компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль, во втором реакторе является такой же, как концентрация компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль, поступающих в отпарной резервуар.

Во всех вариантах выполнения изобретения и в отношении либо отпарного резервуара, либо/и второго реактора, как это обсуждается выше, обычно предпочтительно, чтобы концентрация компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50 г/моль, соответствовала уравнению C_{легких продуктов}<7+0,07(40-Т_c)+4,4(P_c-0,8)-7(С_H2/С_Еt), где C_{легких продуктов}, С_H2, C_Et, P_c и Т_c имеют значения, указанные выше, имея в виду при этом либо второй реактор, либо отпарной резервуар, что зависит от конкретного варианта выполнения изобретения.

В предпочтительном варианте мультимодальный полиэтилен обладает сдвиговым соотношением по меньшей мере 15, обычно в пределах от 15 до 50, а предпочтительнее в пределах от 21 до 35. Понятие "сдвиговое соотношение" - это значение отношения индекса расплава полиэтилена под большой нагрузкой, ИРБН, к MI₅ полиэтилена. ИРБН и МI₅ определяют в соответствии со стандартом ISO 1133 при температуре 190°С с применением нагрузок соответственно 21,6 и 5 кг. MI₂ определяют аналогичным образом, но с применением нагрузки 2,16 кг.

ИРБН мультимодального полиэтилена, выходящего из конечного реактора, в предпочтительном варианте находится в пределах от 1 до 100 г/10 мин, а более предпочтительно в пределах от 1 до 40 г/10 мин.

Хотя он может быть получен в более чем двух реакторах, в наиболее предпочтительном варианте мультимодальный полиэтилен представляет собой бимодальный полимер, полученный в двух реакторах, соединенных последовательно. Однако это не исключает возможности того, что между двумя реакторами может быть получено до 10 мас.% третьего полимера. Это также не исключает возможности полимеризации, протекающей перед первым реактором, например в реакции предварительной полимеризации. Первый полимер, полученный в первом реакторе, может представлять собой низкомолекулярный (НМк) полимер, а второй полимер, полученный во втором реакторе, может представлять собой высокомолекулярный (ВМк) полимер. В одном варианте от 30 до 70 мас.%, а более предпочтительно от 40 до 60 мас.%, низкомолекулярного (НМк) полимера получают в первом реакторе и от 70 до 30 мас.%, а более предпочтительно от 60 до 40 мас.% высокомолекулярного (ВМк) полимера получают во втором реакторе. Наиболее предпочтительный интервал соотношений ВМк и НМк полимеров составляет от 45-55 мас.% до 55-45 мас.%. Понятия "низкомолекулярный" (НМк) и "высокомолекулярный" (ВМк) предназначены для того чтобы служить относительными понятиями в том смысле, что НМк полимер обладает более низкой молекулярной массой, чем ВМк полимер; какие-либо пределы абсолютных молекулярных масс, которые могут быть достигнуты в каждом реакторе, отсутствуют.

В альтернативном варианте ВМк полимер получают в суспензии в первом реакторе, а НМк полимер получают в суспензии во втором реакторе в присутствии первого полимера, причем предпочтительные соотношения для каждого полимера составляют соответственно 30-70 и 70-30 мас.%. Следующие требования применимы только к этому варианту.

В этом варианте выполнения изобретения ("ВМк-НМк") предпочтительно гарантировать то, что концентрация компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50, во втором реакторе соответствует уравнению C_{легких продуктов}<7+0,07(40-Т_c)+4,4(P_c-0,8)-7(С_H2/С_Еt), обеспечением того, что значение отношения средней эффективной концентрации вещества во втором НМк реакторе к средней эффективной концентрации вещества в первом ВМк реакторе составляет от 0,25 до 1,5. Средняя эффективная концентрация вещества, как правило, выше в первом реакторе (где для получения ВМк продукта обычно получают сополимер), чем во втором реакторе (где для получения НМк продукта обычно получают гомополимер или полимер высокой плотности), и при создании настоящего изобретения было установлено, что как следствие с целью регулирования концентрации легких компонентов во втором реакторе соотношение средних эффективных концентраций вещества между реакторами необходимо регулировать внутри этих интервалов.

Среднюю эффективную концентрацию вещества в каждом реакторе определяют как производительность по полиэтилену, полученному в реакторе (кг ПЭ/ч)/[концентрация этилена в реакторе (мольных %) × продолжительность пребывания в реакторе (ч) × скорость подачи катализатора в реактор (г/ч)]. Если во второй реактор дополнительный катализатор не добавляют, тогда при расчете соотношения средних эффективных концентраций вещества скорость подачи катализатора в оба реактора рассматривают как одинаковую. Если во второй реактор дополнительный катализатор добавляют, то скорость потока во второй реактор рассматривают как совокупность расхода катализатора из первого реактора плюс расход дополнительного свежего катализатора, добавляемого непосредственно во второй реактор. По другому варианту эффективная концентрация вещества в каждом реакторе может быть вычислена на основе остатков катализатора в полимере, полученном в каждом реакторе, как это хорошо известно, а исходя из этого вычисляют соотношение эффективных концентраций вещества.

Продолжительность пребывания определяют как массу полимера в реакторе (кг)/скорость удаления полимера из реактора (кг/ч). В случае, когда полимер возвращают назад в реактор, например когда после реактора используют гидроциклон, скорость удаления полимера является результирующей производительностью (т.е. количество удаляемого полимера меньше количества полимера, возвращаемого в процесс).

Этот предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения особенно применим, когда катализатор полимеризации представляет собой катализатор Циглера-Натта, преимущественно если общая производительность процесса составляет по меньшей мере 10 кг полиэтилена/г катализатора, предпочтительно больше 15 кг полиэтилена/г катализатора, наиболее предпочтительно больше 20 кг полиэтилена/г катализатора. Если катализатор полимеризации представляет собой бис-Ср металлоценовый катализатор, наиболее предпочтительно бис-тетрагидроинденильное (ТГИ) соединение, общая производительность процесса в этом случае в предпочтительном варианте составляет по меньшей мере 3 кг полиэтилена/г катализатора, предпочтительнее больше 6 кг полиэтилена/г катализатора, наиболее предпочтительно больше 15 кг полиэтилена/г катализатора. Если катализатор полимеризации представляет собой моно-Ср металлоценовый катализатор, наиболее предпочтительно (трет-бутиламидо)(тетраметил-η⁵-циклопентадиенил)диметилсилантитан-η⁴-1,3-пентадиен, общая производительность процесса в этом случае в предпочтительном варианте составляет по меньшей мере 3 кг полиэтилена/г катализатора, предпочтительнее больше 6 кг полиэтилена/г катализатора, наиболее предпочтительно больше 15 кг полиэтилена/г катализатора.

Для того чтобы добиться вышеприведенного соотношения средних эффективных концентраций вещества предпочтительно, чтобы значение отношения концентрации этилена (в мольных %) во втором реакторе к этому показателю в первом реакторе составляло 5 или меньше. В предпочтительном варианте значение отношения концентрации этилена во втором реакторе к этому параметру в первом реакторе составляет 3 или меньше, а более предпочтительно 2,5 или меньше. В наиболее предпочтительном варианте как соотношение концентраций этилена, так и соотношение средних эффективных концентраций вещества совместно требованиям удовлетворяют.

В этом варианте ВМк-НМк предпочтительно, чтобы фактическая концентрация этилена во втором реакторе была меньше 8 мольных %. Однако для того чтобы гарантировать удовлетворительный уровень производительности предпочтительно также, чтобы концентрация этилена была больше 1,5 мольного %, предпочтительно больше 2 мольных %. Предпочтительная концентрация водорода во втором реакторе меньше 5 мольных %, более предпочтительно меньше 3 мольных %. Значение отношения водорода к этилену в предпочтительном варианте составляет от 0 до 0,5 моля/моль.

Обычно каждый из реакторов обладает внутренним объемом больше 10 м³, более обычно больше 25 м³, в частности больше 50 м³. Как правило, он находится в интервале от 75 до 200 м³, а более конкретно от 100 до 175 м³. В одной версии варианта ВМк-НМк выполнения изобретения объемы всех применяемых реакторов разнятся меньше чем на 10%, а предпочтительно, чтобы все - каждый объем, длина и диаметр применяемых реакторов, независимо отличались меньше чем на 10%. Наиболее предпочтительно, чтобы в этой версии варианта реакторы обладали одинаковыми размерами. Так, в частности, когда реакторную систему конструируют для проведения процесса с катализаторами разных типов (например, Циглера-Натта, хромового и/или металлоценового) или с каталитической системой, в которой необходимая средняя эффективная концентрация вещества или фактор производительности между реакторами в разных рабочих режимах варьируется значительно, для того чтобы приспособиться ко всему диапазону производительности, предпочтительно применять реакторы одинакового объема.

Таким образом, в варианте ВМк-НМк выполнения изобретения в случае, когда реакторы отличаются по объему не больше чем на 10 об.%, предпочтительно сбалансировать эффективные концентрации вещества между реакторами и соответствующие охлаждающие способности путем сохранения температуры первого реактора в пределах от 60 до 85°С, предпочтительнее в пределах от 60 до 80°С, а в некоторых случаях не выше чем 75°С. Также в предпочтительном варианте значение отношения концентрации твердых частиц в первом реакторе к этому показателю во втором реакторе поддерживают на уровне ниже 1,0, предпочтительно в пределах от 0,6 до 0,8, поскольку это содействует также сохранению баланса средней эффективной концентрации вещества между обоими реакторами в целевом интервале.

Обычно в варианте ВМк-НМк выполнения изобретения концентрация твердых частиц в конечном реакторе НМк продукта составляет по меньшей мере 35 мас.%, наиболее предпочтительно находится в пределах от 45 до 60 мас.%, а концентрация твердых частиц в реакторе ВМк продукта находится в пределах от 20 до 50 мас.%, более предпочтительно в пределах от 25 до 35 мас.%. Концентрация твердых частиц является средней массой полимера относительно общей массы суспензии. В этом случае в предпочтительном варианте твердые частицы, переносимые из первого реактора во второй реактор, концентрируют с применением зоны осаждения и/или гидроциклона. С целью уменьшить долю сомономера, переносимого в последующий реактор, перед гидроциклоном может быть введен поток свободного от сомономера разбавителя с повышением таким образом плотности полимера, получаемого в реакторе НМк продукта.

Благодаря сохранению предпочтительных соотношения средней эффективной концентрации вещества и соотношения концентраций этилена между обоими реакторами в варианте ВМк-НМк существует возможность добиться высоких общей объемной производительности (определена как производительность по полимеру в кг/ч на единицу объема реактора) и эффективных концентраций вещества, и одновременно с этим все еще отмечать потребности в C_{легких продуктов} по изобретению в отпарном резервуаре. Среднюю объемную производительность во всех объединенных реакторах можно поддерживать на уровне больше 100 кг/м³/ч, более предпочтительно больше 150 кг/м³/ч, а наиболее предпочтительно больше 200 кг/м³/ч.

Однако когда установку конструируют с целью проводить процесс с единственным катализатором или типом продукта, объем и размеры каждого реактора могут быть оптимизированы индивидуально для продуктов основных сортов, которые должны быть получены, и, таким образом, оба реактора могут обладать разными объемами и размерами. Эти разные размеры могут быть использованы для того чтобы добиться целевого баланса средней эффективной концентрации вещества между двумя реакторами в соответствии с изобретением, обеспечивая таким образом более существенную свободу варьировать другими реакционными параметрами. Таким образом, для того чтобы добиться целевого значения отношения средней эффективной концентрации вещества между первым (ВМк) и вторым (НМк) реакторами, в альтернативном варианте объекта ВМк-НМк изобретения первый (ВМк) реактор может обладать объемной производительностью (определена как производительность по полимеру в кг/ч на единицу объема реактора) больше 150 кг/м³/ч, более предпочтительно больше 200 кг/м³/ч, а наиболее предпочтительно больше 250 кг/м³/ч. В этом случае значение отношения объемной производительности в первом (ВМк) реакторе к этому показателю во втором (НМк) реакторе может составлять больше 1,2, например больше 1,5. Это может быть достигнуто конструированием первого (ВМк) реактора с объемом, который составляет не больше 90%, предпочтительно находится в пределах от 30 до 70%, а более предпочтительно приблизительно от 40 до 60% объема второго (НМк) реактора. В этом случае в предпочтительном варианте значение отношения длины к диаметру (L/D) первого реактора составляет больше 500, предпочтительно находится в пределах от 750 до 3000, а наиболее предпочтительно превышает 800; дополнительно или по другому варианту значение отношения L/D первого реактора к L/D второго реактора составляет больше 1,5, наиболее предпочтительно больше 2. В этой реакторной конфигурации средняя объемная производительность во всех объединенных реакторах можно поддерживать на уровне больше 150 кг/м³/ч, более предпочтительно больше 200 кг/м³/ч, а наиболее предпочтительно больше 300 кг/м³/ч.

По другому варианту НМк полимер получают в первом реакторе, а ВМк полимер - во втором реакторе. Следующие требования применимы только к этому варианту.

В этом варианте выполнения изобретения ("НМк-ВМк") предпочтительнее гарантировать то, что концентрация компонентов, обладающих молекулярной массой ниже 50, во втором реакторе соответствует уравнению C_{легких продуктов} <7+0,07(40-Т_c)+4,4(P_c-0,8)-7(С_H2/С_Еt), обеспечением того, что значение отношения средней эффективной концентрации вещества во втором ВМк реакторе к средней эффективной концентрации вещества в первом НМк реакторе составляет от 1,5 до 0,25. Среднюю эффективную концентрацию вещества в каждом реакторе определяют как количество полиэтилена, полученного в реакторе (кг ПЭ/[концентрация этилена в реакторе (мольных %) × продолжительность пребывания в реакторе (ч) × масса катализатора в реакторе (г)]. Если во второй реактор дополнительный катализатор не добавляют, тогда при расчете соотношения средних эффективных концентраций вещества массу катализатора в обоих реакторах рассматривают как одинаковую. Продолжительность пребывания определяют как массу полимера в реакторе (кг)/производительность по полимеру (кг/ч).

Этот вариант выполнения настоящего изобретения особенно применим, когда катализатор полимеризации представляет собой катализатор Циглера-Натта, преимущественно если общая производительность процесса составляет по меньшей мере 10 кг полиэтилена/г катализатора, предпочтительно больше 15 кг полиэтилена/г катализатора, наиболее предпочтительно больше 20 кг полиэтилена/г катализатора. Если катализатор полимеризации представляет собой бис-Ср металлоценовый катализатор, наиболее предпочтительно бис-тетрагидроинденильное (ТГИ) соединение, значение отношения средней эффективной концентрации вещества во втором ВМк реакторе к средней эффективной концентрации вещества в первом НМк реакторе в предпочтительном варианте находится в пределах от 1,5 до 0,25, а общая производительность процесса в этом случае в предпочтительном варианте составляет по меньшей мере 3 кг полиэтилена/г катализатора, предпочтительнее больше 6 кг полиэтилена/г катализатора, наиболее предпочтительно больше 15 кг полиэтилена/г катализатора. Если катализатор полимеризации представляет собой моно-Ср металлоценовый катализатор, наиболее предпочтительно (трет-бутиламидо)(тетраметил-η⁵-циклопентадиенил)диметилсилантитан-η⁴-1,3-пентадиен, значение отношения средней эффективной концентрации вещества во втором ВМк реакторе к средней эффективной концентрации вещества в первом НМк реакторе в предпочтительном варианте находится в пределах от 1,5 до 0,25, а общая производительность процесса в этом случае в предпочтительном варианте составляет по меньшей мере 3 кг полиэтилена/г катализатора, предпочтительнее больше 6 кг полиэтилена/г катализатора, наиболее предпочтительно больше 15 кг полиэтилена/г катализатора.

Для того чтобы добиться вышеприведенного соотношения средней эффективной концентрации вещества предпочтительно, чтобы значение отношения концентрации этилена (в мольных %) во втором реакторе к этому показателю в первом реакторе составляло 5 или меньше. В наиболее предпочтительном варианте требованиям как соотношение концентраций этилена, так и соотношение средних эффективных концентраций вещества совместно удовлетворяют. Предпочтительное значение отношения концентрации этилена во втором реакторе к этому показателю в первом реакторе составляет 3 или меньше, а более предпочтительно 2 или меньше.

В этом НМк-ВМк варианте предпочтительная фактическая концентрация этилена во втором реакторе составляет меньше 8 мольных %. Однако для гарантии удовлетворительного уровня производительности также предпочтительно, чтобы концентрация этилена превышала 2 мольных %. Концентрация водорода во втором реакторе в предпочтительном варианте составляет меньше 5 мольных %, более предпочтительно меньше 3 мольных %.

Обычно каждый из реакторов обладает внутренним объемом больше 10 м³, более обычно больше 25 м³, в частности больше 50 м³. Как правило, он находится в интервале от 75 до 200 м³, а более конкретно от 100 до 175 м³. В одной версии варианта ВМк-НМк выполнения изобретения объемы всех применяемых реакторов разнятся меньше чем на 10%, а предпочтительно, чтобы все - объем, длина и диаметр применяемых реакторов, независимо отличались меньше чем на 10%. Наиболее предпочтительно, чтобы в этой версии варианта реакторы обладали одинаковыми размерами. Так, в ча